JP3758062B2 - Active filter control method - Google Patents
Active filter control method Download PDFInfo
- Publication number
- JP3758062B2 JP3758062B2 JP34190197A JP34190197A JP3758062B2 JP 3758062 B2 JP3758062 B2 JP 3758062B2 JP 34190197 A JP34190197 A JP 34190197A JP 34190197 A JP34190197 A JP 34190197A JP 3758062 B2 JP3758062 B2 JP 3758062B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- transformer
- active filter
- harmonic
- filter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷機器が電源系統に流出している高調波電流を補償して、電源系統の電流歪みを低減するアクティブフィルタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3はアクティブフィルタを備えた系統ラインの主回路図である。図3に示すようにアクティブフィルタ41は、系統電源1と高調波電流を発生している負荷機器3との間に設けられ、負荷電流に含まれる高調波電流を電源系統に流出させないように補償電流を出力している。2は電源インピーダンスである。
アクティブフィルタ41は、高速スイッチング素子で構成される三相PWMコンバータ6と、三相PWMコンバータ6の直流側に設けた直流コンデンサ7と、三相PWMコンバータ6の交流側に設けた交流リアクトル5と、交流リアクトル5より電源側に電源と並列に設けた高周波フィルタ91と、負荷電流検出用変流器11によって検出された負荷電流に基づいて補償電流を演算し、三相PWMコンバータ6のスイッチング素子へスイッチグ指令を出力する制御装置81を備えて構成される。
【0003】
変流器11で検出された負荷電流から、三相二相変換方式を用いて負荷電流の高調波電流を打ち消す補償電流指令を演算出力する方法は、公知であるので説明を省略するが、制御装置81によって演算出力された補償電流指令と、補償電流検出用変流器10で検出される補償電流とが比較され、三相PWMコンバータ6のスイッチング素子がオン,オフされ、アクティブフィルタ41の電流瞬時値が制御されるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図3で説明した通り、アクティブフィルタにおいて三相PWMコンバータを構成するスイッチング素子の高速スイッチングにより、高周波リップル電流が発生し、係る高周波リップル電流を吸収するためコンデンサと抵抗器から成る高周波フィルタ91が設けられて来た。
しかしながら、このような高周波フィルタの定数選定は電源インピーダンスによって大きく左右され、フィルタ抵抗値を大きくすると損失が増え、小さすぎるとフィルコンデンサと電源インピーダンスとの間で、発生する共振現象を抑制することできず、電源電圧を大きく変動させ、リップル吸収フィルタに過大な電流を流すのみならず、系統に接続される他の機器へも悪影響を及ぼすと言う不具合があった。
本発明は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、これらの欠点を解決し、三相PWMコンバータ6による高周波リップル電流を吸収する高周波フィルタ91を備えた図3の如きアクティブフィルタ41において、高周波フィルタ91内のフィルタコンデンサと他のリアクトル(電源インピーダンス2)との共振現象を抑制する制御方法を提供しダンピング抵抗を設けなくて済むアクティブフィルタの制御方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
つまり、その目的を達成するための手段は、以下の如く構成したものである。系統電源と負荷機器間の系統ラインに設けられたアクティブフィルタと、負荷電流を検出してその出力を前記アクティブフィルタに供給する負荷電流検出用変流器とを有するアクティブフィルタの制御装置であって、該アクティブフィルタは、直流側に設けられた直流コンデンサと交流側の各相に設けられた交流リアクトルを有する三相PWMコンバータと、前記交流リアクトルと電源に並列に設けられた高調波フィルタコンデンサと、該高調波フィルタの電圧を検出する変成器と、三相PWMコンバータ電流を検出する補償電流検出用変流器と、前記三相PWMコンバータを制御する制御装置から構成され、該制御装置は、負荷電流検出用変流器と補償電流検出用変流器及び変成器のそれぞれの出力を入力し、該変成器で得られた高調波フィルタコンデンサ電圧の高調波分を電圧高調波分とすると共に、該電圧高調波分の逆符号のゲインK倍値を高調波電流とし、該高調波電流と前記負荷電流検出用変流器で得られた電流を加算して補償電流を算出し、該補償電流によって三相PWMコンバータの出力電流が追従するように、前記三相PWMコンバータのスイッチングを制御することにある。
【0006】
その作用は、かくのごとき解決手段により、アクティブフィルタの高周波フィルタ9に並列にダンピング抵抗を接続したと同様の効果を持たせ、電源インピーダンス2と高周波フィルタ9のインピーダンスとの間の共振現象を抑制するように効用し、電源電流の高調波を減少することができる。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係わるアクティブフィルタの主回路の一例を示す構成図で、4はアクティブフィルタ、8はリップル吸収フィルタコンデンサ9の電圧検出のための変成器12の出力が入力された制御装置である。図中、図3と同符号のものは同一構成,機能を有する部分を示す。
図1において、係る一実施例のアクティブフィルタ4は、従来のアクティブフイルタ4に比較して三相PWMコンバータ6のスイッチング素子のスイッチングにより発生するリップル電流を吸収する高周波フィルタ効果を高めると共に、該高周波フィルタコンデンサ9と電源インピーダンスによって発生する共振現象も当然抑制するものであり、その機能は次の通りである。
【0008】
変流器11により検出された負荷電流と、変成器12により検出された高周波フィルタコンデンサ9の電圧とを制御装置8で加算し、三相二相変換を用いた補償電流指令演算回路で、従来の電流指令に高周波フィルタコンデンサ9の電圧の高調波分の逆符号のゲインK倍値が加算された補償電流指令値Ic*を演算出力する。
ここで、補償電流方式の基本的な技術思想を図2を用いて説明する。
図2はアクティブフィルタが設けられた系統ブロック図で、Vsは系統電圧、Zsは系統インピーダンス、Isは系統インピーダンスを流れる電流、Il cは高調波電流を含んだ負荷電流Il を発生する負荷機器を電流源として表したもの、Iccは三相PWMコンバータ6による補償電流Icを発生する補償電流源、Zfは高周波フィルタ9のインピーダンスを示している。
図2において、電源電流Isは(1)式のように表せる。
Is=Zf(Il +Ic)/(Zs+Zf)+Vs/(Zs+Zf) (1)
【0009】
ZsはsLs代表され、Zfは1/sCfであることから、(1)式は(2)式のように表すことができる。
Is={(Il +Ic)/(s・sLs×Cf+1)}+sCf×Vs/(s・sLs×Cf+1) (2)
(2)式は分母にダンピング要素が無いため(Il +Ic)が零でない場合、電源電流は振動し拡大されることを表している。
そこで、高周波フィルタコンデンサ9の電圧Vfを検出して、その高調波分Vfhの符号を反転し、ゲインK倍して従来の補償電流指令Ic*に加えてPWMコンバータ6を制御すると、補償電流Icは(3)式で表せる。
【0010】
Ic=−Gn(s)×(−KVf+I1) (3)
ここでGn(s)は基本波に対するノッチフィルタである。従って、(1)式は(4)式のように表せる。
Is=Zf〔I1−Gn(s)×(−KVf+I1)〕/(Zs+Zf)
+Vs/(Zs+Zf) (4)
Vfは高調波フィルタコンデンサ9の電圧であるから、(5)式で表すことができる。
Vf=Vs−Zs×Is (5)
【0011】
以上の条件より、(4)式において高調波についてのみ着目すると、基本波はノッチフィルタで除去され、電源へ流出する高調波電流Ishは(6)式で表せる。
Ish=△Il h/(1+K×Zs+Zs/Zf)+(K+1/Zf)×Vsh/(1+K×Zs+Zs/Zf) (6)
(6)式において、△Il hは負荷電流に含まれる高調波電流であって、アクティブフィルタで補償しきれなかった分であり、Vshは電源電圧にある高調波電圧を示す。
一方、ZsはsLsで代表され、Zfは1/sCfで表せる。これを(6)式に代入すると、(7)式となる。
Ish=△Il h/(1+K×sLs+s・sLs×Cf)
+(K+sCf)×Vsh/(1+K×sLs+s・sLs×Cf) (7)
この(7)式の分母には、ダンピング要素K×sLsが存在する。
従って、電源に流出する高調波電流によって電源インピーダンスと高調波フィルタコンデンサとの共振現象を抑制することができる。
【0012】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、アクティブフィルタのリップル吸収高周波フィルタコンデンサの電圧を検出して、その高調波分を補償電流指令値へ加えることによって、電源系統インピーダンスとアクティブフィルタの高調波フィルタコンデンサとの共振現象を抑制することができ、ダンピングのための抵抗を削減でき、これによってアクティブフィルタのリップル電流が更に良く吸収され、併せてアクティブフィルタ装置の効率もアップ出来ると言う利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明に係わるアクティブフィルタ主回路の一実施例を示す構成図である。
【図2】図2はアクティブフィルタが設けられた系統ラインの説明図である。
【図3】図3は従来のアクティブフィルタ主回路の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
1 系統電源
2 電源インピーダンス
3 負荷機器
41,4 アクティブフィルタ
5 交流リアクトル
6 三相PWMコンバータ
7 直流コンデンサ
81,8 制御装置
91,9 高周波フィルタ
10 電流検出器
11 変流器
12 変成器
Ic 補償電流
Icc 補償電流を発生する補償電流源
Il 負荷電流
Il c 負荷電流を発生する負荷電流源
Is 系統電流
Vs 系統電圧
Zs 系統インピーダンス
Ls 系統インダクタンス
Zf 高周波フィルタのインピーンス
Cf 高周波フィルタコンデンサの容量[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an active filter that compensates for a harmonic current flowing into a power supply system from a load device and reduces current distortion of the power supply system.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 is a main circuit diagram of a system line including an active filter. As shown in FIG. 3, the active filter 41 is provided between the system power supply 1 and the load device 3 generating the harmonic current, and compensates so that the harmonic current included in the load current does not flow into the power supply system. Outputs current. Reference numeral 2 denotes a power source impedance.
The active filter 41 includes a three-phase PWM converter 6 composed of high-speed switching elements, a DC capacitor 7 provided on the DC side of the three-phase PWM converter 6, and an AC reactor 5 provided on the AC side of the three-phase PWM converter 6. The compensation current is calculated based on the load current detected by the high-frequency filter 91 provided in parallel with the power supply on the power supply side from the AC reactor 5 and the load current detection current transformer 11, and the switching element of the three-phase PWM converter 6 is calculated. And a
[0003]
A method of calculating and outputting a compensation current command for canceling the harmonic current of the load current from the load current detected by the current transformer 11 using a three-phase two-phase conversion method is well known and will not be described. The compensation current command calculated and output by the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described with reference to FIG. 3, high-frequency ripple current is generated by high-speed switching of the switching elements constituting the three-phase PWM converter in the active filter, and a high-frequency filter 91 including a capacitor and a resistor is provided to absorb the high-frequency ripple current. I have been.
However, the constant selection of such a high-frequency filter is greatly influenced by the power supply impedance. Increasing the filter resistance value increases the loss, and if it is too small, the resonance phenomenon that occurs between the fill capacitor and the power supply impedance can be suppressed. In addition, the power supply voltage is greatly fluctuated and not only an excessive current flows through the ripple absorption filter, but there is also a problem that it adversely affects other devices connected to the system.
The present invention was devised in view of the above points, and the object of the present invention is to solve these drawbacks and to provide a high-frequency filter 91 that absorbs high-frequency ripple current by the three-phase PWM converter 6 of FIG. In such an active filter 41, a control method for suppressing a resonance phenomenon between the filter capacitor in the high frequency filter 91 and another reactor (power supply impedance 2) is provided, and a control method for an active filter that does not require a damping resistor is provided. It is in.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
That is, the means for achieving the object is configured as follows. An active filter control device comprising an active filter provided in a system line between a system power supply and a load device, and a load current detecting current transformer for detecting a load current and supplying the output to the active filter. The active filter includes a three-phase PWM converter having a direct current capacitor provided on the direct current side and an alternating current reactor provided on each phase on the alternating current side, and a harmonic filter capacitor provided in parallel with the alternating current reactor and the power source. A transformer for detecting the voltage of the harmonic filter, a compensation current detecting current transformer for detecting a three-phase PWM converter current, and a control device for controlling the three-phase PWM converter, the control device comprising: The outputs of the load current detection current transformer, the compensation current detection current transformer, and the transformer are input, and the harmonic current obtained by the transformer is input. Harmonic content of the filter capacitor voltage with a voltage harmonic component, the gain K times value of opposite sign of the voltage harmonic component and harmonic current, resulting in a high-harmonic current the load current detecting current transformer The compensation current is calculated by adding the obtained currents, and the switching of the three-phase PWM converter is controlled so that the output current of the three-phase PWM converter follows the compensation current.
[0006]
The effect is the same as that obtained when a damping resistor is connected in parallel to the high-
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a main circuit of an active filter according to the present invention. 4 is an active filter, 8 is a control device to which an output of a
In FIG. 1, the
[0008]
The load current detected by the current transformer 11 and the voltage of the high-
Here, the basic technical idea of the compensation current method will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a system block diagram in which an active filter is provided. Vs is a system voltage, Zs is a system impedance, Is is a current flowing through the system impedance, and Ilc is a load device that generates a load current Il including a harmonic current. What is expressed as a current source, Icc is a compensation current source for generating a compensation current Ic by the three-phase PWM converter 6, and Zf is an impedance of the high-
In FIG. 2, the power supply current Is can be expressed as in equation (1).
Is = Zf (Il + Ic) / (Zs + Zf) + Vs / (Zs + Zf) (1)
[0009]
Since Zs is represented by sLs and Zf is 1 / sCf, equation (1) can be expressed as equation (2).
Is = {(I 1 + Ic) / (s · sLs × Cf + 1)} + sCf × Vs / (s · sLs × Cf + 1) (2)
Equation (2) indicates that the power source current oscillates and expands when (Il + Ic) is not zero because there is no damping element in the denominator.
Therefore, when the voltage Vf of the high
[0010]
Ic = −Gn (s) × (−KVf + I1) (3)
Here, Gn (s) is a notch filter for the fundamental wave. Therefore, equation (1) can be expressed as equation (4).
Is = Zf [I1-Gn (s) × (−KVf + I1)] / (Zs + Zf)
+ Vs / (Zs + Zf) (4)
Since Vf is the voltage of the
Vf = Vs−Zs × Is (5)
[0011]
From the above conditions, focusing only on the harmonics in the equation (4), the fundamental wave is removed by the notch filter, and the harmonic current Ish flowing out to the power source can be expressed by the equation (6).
Ish = ΔIl h / (1 + K × Zs + Zs / Zf) + (K + 1 / Zf) × Vsh / (1 + K × Zs + Zs / Zf) (6)
In the equation (6), ΔI l h is a harmonic current included in the load current, which is not compensated by the active filter, and Vsh indicates the harmonic voltage in the power supply voltage.
On the other hand, Zs is represented by sLs, and Zf can be represented by 1 / sCf. Substituting this into equation (6) yields equation (7).
Ish = ΔIl h / (1 + K × sLs + s · sLs × Cf)
+ (K + sCf) × Vsh / (1 + K × sLs + s · sLs × Cf) (7)
A damping element K × sLs exists in the denominator of the equation (7).
Therefore, the resonance phenomenon between the power source impedance and the harmonic filter capacitor can be suppressed by the harmonic current flowing out to the power source.
[0012]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by detecting the voltage of the ripple absorbing high frequency filter capacitor of the active filter and adding the harmonic component to the compensation current command value, the harmonic filter of the power system impedance and the active filter is obtained. Resonance phenomenon with the capacitor can be suppressed, and the resistance for damping can be reduced, thereby obtaining the advantage that the ripple current of the active filter can be absorbed better and the efficiency of the active filter device can be improved at the same time. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an active filter main circuit according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a system line provided with an active filter.
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a conventional active filter main circuit.
[Explanation of symbols]
1 System power supply 2 Power supply impedance 3
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34190197A JP3758062B2 (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Active filter control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34190197A JP3758062B2 (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Active filter control method |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11164481A JPH11164481A (en) | 1999-06-18 |
| JPH11164481A5 JPH11164481A5 (en) | 2004-08-26 |
| JP3758062B2 true JP3758062B2 (en) | 2006-03-22 |
Family
ID=18349628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34190197A Expired - Fee Related JP3758062B2 (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Active filter control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3758062B2 (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100464485C (en) * | 2006-04-10 | 2009-02-25 | 深圳市欣锐特科技有限公司 | A control method and device for a resonant converter |
| JP4935617B2 (en) * | 2007-10-22 | 2012-05-23 | 株式会社明電舎 | Active filter function device |
| CN108173288B (en) * | 2018-02-09 | 2020-01-31 | 合肥工业大学 | A voltage-based impedance adapter control method for suppressing resonance in a multi-inverter grid-connected system |
| CN110460055B (en) * | 2019-08-06 | 2020-12-18 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | Evaluation method and device of AC filter setting value of HVDC transmission system |
| US12132394B2 (en) | 2020-10-23 | 2024-10-29 | Tmeic Corporation | Controller of power conversion device |
| CN113659593B (en) * | 2021-08-24 | 2023-11-07 | 燕山大学 | High-frequency oscillation suppression method for parallel connection of inverters in island mode |
| CN114755508A (en) * | 2021-11-19 | 2022-07-15 | 国网浙江省电力有限公司物资分公司 | Power supply compensation device for transformer empty load test and transformer test system |
-
1997
- 1997-11-28 JP JP34190197A patent/JP3758062B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11164481A (en) | 1999-06-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shimizu et al. | A unity power factor PWM rectifier with DC ripple compensation | |
| JP3758062B2 (en) | Active filter control method | |
| JP3530359B2 (en) | Three-phase power factor improving converter | |
| CN100381242C (en) | Generator for single power factor arc welder | |
| JPH11235040A (en) | Power supply having three-phase high power factor converter | |
| Kanaan et al. | Small-signal modeling and linear control of a dual boost power factor correction circuit | |
| JPH01321868A (en) | Pwm electric power converting device and control thereof | |
| US5483148A (en) | Single-phase active power filter for multiple nonlinear loads and method therefor | |
| Yang | Bidirectional DC-to-AC inverter with improved performance | |
| JP3541887B2 (en) | Power converter | |
| JP2004120820A (en) | Power converter | |
| JPH1198847A (en) | Rectifier circuit | |
| JP4370946B2 (en) | Three-phase rectifier | |
| JP3827286B2 (en) | Power converter | |
| JP2005006383A (en) | Grid-connected inverter device and control method thereof | |
| JP3070314B2 (en) | Inverter output voltage compensation circuit | |
| JPH07337019A (en) | Control method for self-excited rectifier | |
| JP4251030B2 (en) | Power converter | |
| JP3133772B2 (en) | Inverter device | |
| JP3822754B2 (en) | Power converter | |
| JP3191055B2 (en) | Control circuit of active filter with passive | |
| JP2858520B2 (en) | Power factor improving smoothing circuit | |
| JP2875587B2 (en) | Pulse width modulation inverter and uninterruptible power supply | |
| KR100419136B1 (en) | Dc ripple voltage suppression device and method for a 3-phase buck-type diode rectifier | |
| JP3149361B2 (en) | Stabilized power supply |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041222 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050105 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050907 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051221 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051221 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090113 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100113 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100113 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110113 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120113 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130113 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130113 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140113 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |